Металл горит в воздухе

Жидкостные (ЖРД) и твердотопливные ракетные двигатели (РДТТ) работают на топливе, оба компонента которого — и горючее, и окислитель — находятся на борту ракеты. В воздушно-реактивном двигателе (ВРД) окислителем служит атмосферный кислород. И это позволяет значительно уменьшить массу летатель­ного аппарата.

Среди воздушно-реактивных двигате­лей самый простой по своему устройст­ву — прямоточный ВРД. Во время по­лета воздух поступает в двигатель через вход диффузора.

В диффузоре воздух благодаря скоростному напору сжимает­ся, скорость потока на входе в камеру сгорания снижается, давление возраста­ет. Из-за повышенного давления перед соплом и высокой температуры продуктов сгорания достигается значительная скорость истечения газов. В таком дви­гателе в качестве горючего и можно наиболее эффективно использовать лег­кие металлы.

П ри горении металлов в воздухе в полной мере проявляется их основное преимущество — большое количество тепла, выделяющееся на единицу массы продуктов сгорания. С другой стороны, конденсированные частицы меньше вли­яют на работу двигателя: в прямоточном ВРД они равномерно распределены в большом объеме воздуха.

В жидкое топливо металлы вводят в виде суспензий или в виде коллоидных растворов. Для приготовления коллоид­ных растворов нужен очень тонкий ме­таллический порошок — с частицами 10~⁶ —10~⁸ мм; суспензии готовятся про­ще, но при хранении они расслаиваются и металл выпадает в осадок. Поэтому значительно удобнее использовать ме­таллы в твердом топливе. В твердое топ­ливо можно ввести до 65% металлического горючего, в то же время такие составы содержат немного твердого окислителя. При этом реакции горения начинаются в поверхностном слое за­ряда; образующиеся газы выбрасывают частицы металла с поверхности в воздушный поток, частицы нагреваются, и металлическое горючее активно взаимо­действует с атмосферным кислородом. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердом металлизирован­ном топливе предельно просты и на­дежны: не нужны насосы, клапаны, тру­бопроводы,

Металл горит в воде

Высокая химическая активность металлов второго и третьего периодов позволяет обходиться без традиционного окислителя свободного кислорода.

Эти металлы легко отнимают связанный кислород у молекул кислородсодержа­щих соединений, например воды:

Mg + H₂O MgO + H₂

2Al + 3H₂O Al₂O₃ + 3H₂

При сгорании магния в воде выделяется 8510 кДж (алюминия - 8800 кДж, лития - 11 158 кДж) на 1 кг про­дуктов сгорания — в 1,76 раза меньше, чем при сгорании в чистом кислороде, но в 1,3 раза больше, чем в воздухе. Очень важно, что продукт этих реак­ций, водород,— прекрасное рабочее тело. Если же вода поступает в камеру сго­рания в избытке против стехиометрии, то избыток этот превращается в перегре­тый пар—тоже неплохое_рабочее_тело.

Вот почему применение реагирующих с водой топлив на основе легких ме­таллов позволяет создать высокоэффек­тивный двигатель для подводных аппара­тов, развивающих скорость, которой нельзя достичь с помощью гребного вин­та,— свыше 150—170 км/ч.